CN1650573A - 确定移动专用网络的服务质量(QoS)路由 - Google Patents

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Abstract

该方法包含发送服务质量(QoS)路由请求(102)以根据QoS参数发现路由，并且路由请求(102)包含流标识和QoS链路度量。此外，该方法包含每个中间节点确定节点是否能够支持请求的QoS参数(104)，并且如果能够支持，更新QoS链路度量，传递QoS路由请求，以及临时保留节点资源(108)。在接收到QoS路由请求时，目的节点产生包含每个发现的路由的流标识和更新QoS链路度量的应答(110)，并且源节点根据应答中的更新QoS链路度量产生QoS路由度量(112)。源节点根据QoS路由度量选择到目的节点(114)的路由，并且向选择路由(116)上的中间节点发送路由确认。

Description

确定移动专用网络的服务质量(QoS)路由
技术领域
本发明涉及通信网络领域，尤其涉及移动专用无线网络和相关方法。
背景技术
在过去10年间，无线网络得到极大的发展。发展最迅速的一个领域是移动专用网络。物理上，移动专用网络包含多个地理上分布的、共享公共无线信道的可能移动的节点。与其它类型的网络，例如蜂窝网络或卫星网络相比，移动专用网络的最显著特性是缺乏任何固定基础设施。网络仅由移动节点组成，并且当在运行时刻节点彼此进行发送时，才产生网络。网络不取决于特定节点，并且随着某些节点加入或其它节点离开网络而动态调整。
在固定通信基础设施不可靠或不可用，例如在战场或受地震或飓风袭击的自然灾害区域的非友善环境中，专用网络能够迅速部署并提供有限但更加需要的通信。
虽然军用仍然是这些网络的开发的主要动力，然而专用网络正在民用或商用领域迅速找到新的应用。除了通过简单接通其计算机或PDA产生的网络结构之外，专用网络会允许人们不经使用任何其它网络结构而在现场或教室交换数据。
随着无线通信日益渗透到日常生活中，移动专用网络的新应用会继续出现并变成通信结构的重要部分。移动专用网络对设计人员提出了很大的挑战。由于缺乏固定基础设施，节点必须随着它们移动，加入或离开网络而自组织和重新配置。所有节点基本上相同，并且在网络中不存在自然层次结构或中央控制器。所有功能必须分布在节点中间。节点通常由电池供电，并且具有有限的通信和计算能力。系统的带宽通常是有限的。
2个节点之间的距离通常超过无线传输范围，并且传输在到达其目的地之前必须由其它节点来中继。因此，网络具有多转发段(multihop)拓扑，并且这种拓扑随着节点的四处移动而改变。
互联网工程任务组(IETF)的移动专用网络(MANET)工作组正在积极评估和标准化包含组播的路由协议。由于网络拓扑随着节点移动而任意改变，信息易于过时，并且不同节点常常具有不同的网络视图，无论是在时间上(信息可能在某些节点上是过时的，但在其它节点上是最新的)还是在空间上(节点可能仅知道其附近的网络拓扑，但不知道远离其自身的网络拓扑)。
路由协议需要适应频繁的拓扑变化，并且具有不太精确的信息。由于这些独特需求，这种网络中的路由非常不同于其它网络。收集关于整个网络的最近信息常常代价昂贵和不切实际。许多路由协议是被动反应式(reactive)(按需)协议：它们仅当必要且针对其需要路由到的目的地时才收集路由信息，并且不维护未使用的路由。与始终维护到所有目的地的最优路由的主动反应式协议(pro-active protocols)相比，这种方式大大降低了路由开销。协议的自适应性是重要的。专用按需距离向量(AODV：Ad Hoc on Demand Distance Vector)，动态源路由(DSR：Dynamic Source Routing)和临时排序路由算法(TORA：Temporally Ordered Routing Algorithm)是MANET工作组提出的按需路由协议的代表。
其它各种路由协议的例子包含Perkins的美国专利5,412,654中公开的目的地定序距离向量(DSDV：Destination SequencedDistance-Vector)路由，和Haas的美国专利6,304,556中公开的带路由协议(ZRP：Zone Routing Protocol)。ZRP是使用主动反应式和被动反应式方案的混合协议。
这些常规路由协议在选择从源节点到目的节点的路由时使用尽力而为(best effort)方案。通常，在这种尽力而为方案中，转发段的数量是主要准则。换言之，具有最小数量转发段的路由被选作传输路由。
移动专用网络中服务质量(QoS)路由正得到关注。为提供服务质量，协议需要不仅找到路由，而且需要保证路由上的资源。由于网络的有限共享带宽，以及缺乏能够考虑和控制这些有限资源的中央控制器，节点必须彼此协商以管理QoS路由所需的资源。频繁的拓扑变化使此更加复杂。由于这些约束，对QoS路由的要求比尽力而为路由更多。
在Chenxi Zhu的出版物″Medium Access Control andQuality-of-Service Routing for Mobile Ad Hoc Networks″，2001和M.Mirhakkak等人的出版物″Dynamic Quality-of-Service forMobile Ad Hoc Networks″，MITRE公司，2000中提出了QoS路由方案的某些例子。Zhu讨论了在其拓扑以低到中等的速率变化的较小网络中如何确立带宽保证QoS路由。Mirhakkak等人的出版物涉及指定QoS数值范围的资源保留请求，而网络则确认提供该范围内的服务。
在每个节点上，执行准入控制以转发来自其它节点的业务(traffic)。通常，常规准入控制协议提供有关路由和连接的完整公开。换言之，每个节点与其它节点共享所有路由和连接数据，使得总体上选择尽力而为路由。
发明内容
考虑到上述背景，本发明的一个目的是提供移动专用网络中多转发段路由的保证服务质量约束的路由确定。
通过用于确定移动专用网络中从源节点到目的节点的路由的方法来提供本发明的这些和其它目的，特性和优点。网络包含多个移动节点，移动节点包含源节点和目的节点，源节点和目的节点之间有中间节点。该方法包含发送来自源节点的服务质量(QoS)路由请求以根据QoS参数发现到目的节点的路由，并且路由请求包含流标识和QoS链路度量。
此外，该方法包含每个中间节点确定节点是否能够支持QoS路由请求的所请求QoS参数，并且如果能够支持，则更新QoS链路度量，传递QoS路由请求到其它中间节点和目的节点之一，以及临时为具有可支持QoS参数的QoS路由请求保留节点资源。在接收到QoS路由请求时，目的节点产生包含每个发现的路由的流标识和更新QoS链路度量的针对源节点的应答，并且源节点根据来自所发现路由的目的节点的应答中的更新QoS链路度量产生QoS路由或路径度量。路由应答不必通过与路由请求相同的路径返回到源节点。
并且，源节点根据QoS路由度量选择到目的节点的路由，并且源节点向选择路由上的中间节点发送路由确认。
QoS参数最好包括基于可用带宽，差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径持续时间和优先级中的至少一个的需求。并且，可在发送或不发送确认到至少一个后备路由上的中间节点的情况下选择该至少一个后备路由。通过后备路由发送的确认会确保路由被所有中间节点维护，并且资源会继续得到保留。对其既不发送确认也不发送业务的任何后备路由均易于失去保留。这种后备路由也可以被用于复制传输。后备路径上的复制传输可被用于提供数据传输的可靠性，或允许当在主路径上出现故障时以较少的中断可能切换到后备路径。后备路径也可以通过在路径上发送周期性确认来保持活跃，并且也允许当在主路径上出现故障时以较少的中断可能切换到后备路径。任何时候，中间节点和目的节点可以检测节点是否能够继续支持QoS路由请求的所请求的QoS参数，并且如果不能，则产生到源节点的QoS差错通知。并且，源节点可以在接收到QoS差错通知时保持选择的路由，同时发送第二服务质量(QoS)路由请求以根据QoS参数发现到目的节点的新路由。
源节点也可以在接收到QoS差错通知时选择后备路由并且切换到后备路由。源节点也可以向后备路由上的中间节点发送确认。
本发明的系统方面涉及移动专用网络，该移动专用网络包含多个移动节点，和将多个移动节点连接在一起的多个无线通信链路。每个移动节点包含通过无线通信链路与多个节点中的其它节点进行无线和单向或双向的通信的通信设备，和通过通信设备路由通信的控制器。该控制器包含向其它节点发送服务质量(QoS)路由请求以根据至少一个QoS参数发现到目的节点的路由的路由发现单元，并且路由请求包含流标识和QoS链路度量。
并且，路由请求处理单元确定节点是否能够支持QoS路由请求的所请求的QoS参数并且更新QoS链路度量，而临时资源保留表包含针对具有可支持QoS参数的QoS路由请求的临时节点资源保留。此外，路由度量形成单元根据来自具有节点资源保留的节点的应答中的更新QoS链路度量产生QoS路由度量，并且路由选择单元根据QoS路由度量选择到目的节点的路由，并且向选择的路由上的节点发送路由确认。
附图说明
图1-4是根据本发明的包含QoS的移动专用网络的示意图。
图5的流程图说明了根据本发明的移动专用网络中的QoS路由方法步骤。
图6的示意图说明了根据本发明的网络的节点的路由器。
图7的示意图说明了图6中路由器的控制器的细节。
图8-10是根据本发明的包含准入控制的移动专用网络的示意图。
图11的流程图说明了根据本发明的移动专用网络中的准入控制方法步骤。
图12的流程图说明了根据本发明的移动专用网络中的监视业务准入控制的方法步骤。
图13是根据本发明的包含业务跟踪的移动专用网络的示意图。
图14的流程图说明了根据本发明的移动专用网络中的跟踪业务方法步骤。
图15-17是根据本发明的包含动态信道分配的移动专用网络的示意图。
图18的流程图说明了根据本发明的移动专用网络中的动态信道分配方法步骤。
具体实施方式
下面参照附图更详细地描述本发明，其中示出了本发明的优选实施例。
然而本发明可以通过许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于这里提出的实施例。提供这些实施例以便这里的公开彻底和完全，并且完全地向本领域的技术人员表达本发明的范围。用类似编号表示类似组成部分，并且最初的符号被用来指示可选实施例中的类似组成部分。
本领域的技术人员可以理解，本发明的各部分可以被实施为方法，数据处理系统或计算机程序产品。
因此，本发明的这些部分可以具有完全硬件实施例，完全软件实施例或组合软件和硬件方面的实施例的形式。此外，本发明的各个部分可以是在其上具有计算机可读程序代码的计算机可用存储介质上的计算机程序产品。可以使用任何适当的计算机可读介质，包含但不局限于静态和动态存储设备，硬盘，光学存储设备和磁存储设备。
下面参照有关根据本发明的一个实施例的方法，系统和计算机程序产品的流程图描述本发明。应当理解，流程图说明的每个块和流程图说明中块的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机，专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令实现一或多个块中指定的功能。
这些计算机程序指令也可以被存储在能够指示处理器或其它可编程数据处理装置以特定方式操作的计算机可读存储器或存储介质中，使得计算机可读存储器中存储的指令产生制造产品，其包含实现流程图块中规定的功能的指令。计算机程序指令也可以被加载到计算机或其它可编程数据处理设备中，使得在计算机或其它可编程设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的处理，使得计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图块中规定的功能的步骤。
开始参照图1-5，现在描述用于确定移动专用网络20中从源节点到目的节点的路由的方法。网络20包含多个移动节点30，所述移动节点30包含源节点1和目的节点4，在其间具有中间节点2，3和5。例如膝上型计算机，个人数字助理(PDA)或移动电话的节点30通过无线通信链路32相连，如本领域技术人员可以理解的。方法开始(块100)，并且包含从源节点1发送服务质量(QoS)路由请求RREQQ以根据QoS参数发现针对目的节点4的路由，如图5中的块102所示。如下面会更详细讨论的，QoS参数最好基于可用带宽，差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径使用期，和/或优先级。路由请求RREQQ包含QoS流标识和可更新QoS链路度量。
此外，在块104处，该方法包含每个中间节点2，3和5确定节点是否能够支持QoS路由请求RREQQ的所请求QoS参数。如果节点不能支持特定请求RREQQ的QoS参数，则请求被拒绝，或节点简单地不转发该请求(块106)。如果例如节点3的节点能够支持特定请求RREQQ的QoS参数，则节点更新QoS链路度量，向其它中间节点2和5转发QoS路由请求，并且为该QoS路由请求临时保留节点资源(块108)。中间节点2和5也必须确定它们是否能够支持从节点3转发的QoS路由请求RREQQ的所请求QoS参数。如果是，则将具有更新QoS链路度量的路由请求RREQQ转发到目的节点4。
在接收到QoS路由请求RREQQ时，目的节点4产生对源节点1的应答RREPQ，包含每个发现的路由的流标识和更新QoS链路度量(块110)。换言之，目的节点4会接收到来自包含例如1-2-4或1-3-5-4的各种可能路由中的任何路由的转发路由请求RREQQ。在每种情况下产生应答RREPQ。在块112处，源节点1根据来自目的节点4的应答RREPQ中的更新QoS链路度量产生所发现路由的QoS路由度量。并且，在块114处，源节点1接着根据QoS路由度量选择到目的节点4的路由，并且在块116处，源节点向选择的路由上的中间节点发送路由确认CONFQ。这将确认使用选择的路由上的、在块108处临时保留的资源。通过不在已发现但没有选择的路由上发送CONFQ，可允许其它在那些路由上的临时保留资源超时。
并且，源节点1可以在向至少一个后备路由上的中间节点发送或不发送确认CONFQ的情况下选择该后备路由(块122)。这种后备路由可用于复制传输，额外的可靠性，或可在路由和/或QoS故障的情况下被用作备份路由。在块118处，中间节点2，3和5，和/或目的节点4可以在任何时候检测节点是否能够继续支持QoS路由请求RREQQ的所请求QoS参数。如果节点能够在整个业务传输中继续支持请求RREQQ，则在块126处，如果确定不活跃，可以允许保留的资源和相关路由超时，并且如果在一段时间内没有被数据传输或周期性CONFQ消息的发送所使用，则在块128处被释放。
如果节点不能继续支持请求RREQQ，则节点产生对源节点1的QoS差错通知RERRQ(块120)。这里，在接收到QoS差错通知RERRQ时，源节点1可以保持选择的路由，同时再次发送服务质量(QoS)路由请求RREQQ以根据QoS参数发现到目的节点4的新路由路径(块102)。源节点1也可以在接收到QoS差错通知RERRQ时切换到后备路由(块124)。
本领域技术人员可以理解，所述方法能够适用于任何类型的按需或被动反应式路由协议，例如动态源路由(DSR：Dynamic SourceRouting)或专用按需距离向量(AODV：Ad-Hoc On-DemandDistance Vector)路由，或适用于任何混合主动反应式/被动反应式协议，例如带路由协议(ZRP)。
现在描述考虑最小带宽分配和最大延迟约束作为QoS类别的更加具体的例子。对于固定带宽分配，假定节点30能够保留某个数量的容量或带宽。并且，传输流的源节点1会针对每个所需的流发送QoS路由请求RREQQ(符号中最后的Q指示QoS请求)。RREQQ消息执行发现能够支持所需QoS的路由的功能。向目的地4转发RREQQ的节点会在传递RREQQ之前注意到它们是否能够满足所请求的QoS，并且如果需要，它们会临时保留资源。从目的地返回路由应答RREPQ包，该包具有有关在该路径上能够满足所请求的QoS的指示。
源节点1则在决定提供期望QoS的最优选择之前收集到目的地4的多个潜在路径。一旦确定这个路径，沿着指示的路径向目的地4发送确认CONFQ消息。沿着这个路径上的通路，任何临时资源保留均被确认为固定保留。如果在规定时间段内没有使用，则QoS保留超时。如果链路在路由上失败，或如果不能满足QoS要求，则产生路由差错(RERRQ)包并且返回到源节点。
更具体地，当需要针对指定目的节点4的新QoS路由时，源节点1向目的节点广播RREQQ包。这是类似于例如DSR或AODV的协议中使用的常规RREQ包的特殊类型的包。常规RREQ广播被用于″尽力而为″服务。本发明的方法仍然可以遵循用于尽力而为服务的协议所建立的常规过程。
如果传输流需要指定的最小容量或带宽，则特殊RREQQ包被用于保留到目的地4的指定容量的流。在这种情况下，流ID被分配给源节点1的RREQQ，该流ID与源节点地址组合可唯一标识到网络20中正转发流的任何节点的流。RREQQ包也指示要保留的容量。
在到目的地4的路径中的每个节点2，3和5处，针对可用容量检查最小容量或带宽要求以确定是否能够针对流进行保留。如果节点能够接受所需的传输流，则针对该流ID临时保留容量。如果在短时间段内没有接收到CONFQ消息，则释放这个临时保留。如果RREQQ意味着确保能够找到不超过指定最大延迟的路径，则该路径上的每个节点必须能够估计其对总路径延迟的贡献，并且进行检查以确定迄今为止路径上的总延迟加上其贡献是否超过指定最大延迟极限。
不同于DSR和AODV的针对″尽力而为″传输的常规应用，必须允许RREQQ一直传播到目的节点4以确定是否存在满足QoS要求的有效路径。如果找到这种路径，则目的节点4产生要返回到源节点1的RREPQ消息。这个消息向源节点指示已经找到到目的节点4的、满足所请求QoS的有效路径，并且已经建立路由(在DSR的情况下，返回源路由)。在针对寻求延迟保证的请求，以及针对保证容量的路径的RREPQ中包含估计的路径延迟。
源节点1可以接收针对到目的节点4的、能够满足所需QoS的路径的多个RREPQ。它会对这些进行排序，并且在最高序的路径上发出指示其路径选择的CONFQ消息。
其它路径可以被保留为备份路径，但是如果不在这些路径上发送CONFQ，则在需要作为备份替代路径的情况下，不保证所需资源可用。
如果在任何中间节点2，3和5处，或在目的节点4处违反并且不能满足所请求的QoS，则在知道通过此节点的路径不能满足所请求QoS的情况下丢弃RREQQ包。
然而，发现过程可找到其它路径。如果在任何时候链路在路由上失败，或如果不能满足QoS要求，则针对受故障影响的每个传输流，产生路由差错RERRQ包并且返回到源节点1。在这种情况下，或者必须使用备份路径，或者再次启动路由发现过程。
所描述的过程易于被用于DSR协议。常规DSR消息类型RREQ，RREP，RRER被定义成可选包类型，并且能够如针对协议的常规操作所定义的那样被用于在向后兼容模式中支持″尽力而为″传输。定义新的可选包类型以支持包含被用于管理QoS路径的RREQQ，RREPQ，RRERQ和CONFQ包类型的QoS。这些类型的所需头字段的定义直接基于上述定义的功能。也会包含用于QoS任务数据的特殊类型的QoS源路由包。这个包会包含流ID以标识包所属的流，以及允许流传输的计量。
如果故障导致节点发出RERRQ包，则会使用以下过程。如果在源节点处接收到RERRQ包，则丢弃当前路由并且尝试备份路由。备份路由上发送的第一个包会是另一种特殊QoS源路由包RREQT，其包含流ID和QoS参数。这个包也可以包含任务数据。
路径上的每个节点将必须进行检查以确定它们是否仍然保持针对该流的临时保留。如果不，它们会重新检查以确定它们是否能够支持流和进行临时保留。如果包通过每个中间节点处支持的流到达目的地，则目的节点会返回RREPQ包，该RREPQ包向源通知路径有效。
如果任何节点不能支持流，则丢弃包，并且节点向源节点返回RERRQ包，以向源节点通知路径不能支持所请求QoS参数。如果源节点接收到RREPQ包，则沿着选择的路径发送CONFQ消息，以便除了继续发送该传输流的任务数据之外，确认路径选择。
如果源节点接收到RERRQ包，则对下一可用备份路径尝试相同的过程。如果源节点没有更多的到目的地的备份源路由，则源节点开始针对到目的节点的新QoS路径的另一个路由发现过程。中断任务数据流，直到找到新路由。对于任何具体协议，能够定义管理分配给每个传输流的资源所需的数据结构，并且也可以定义如何标识流和如何查找分配给每个流的路由。
现在另外参照图6和7描述本发明的系统方面。移动专用网络20包含多个移动节点30，和将多个移动节点连接在一起的多个无线通信链路32。每个移动节点包含路由器40(图6)，路由器40具有通过无线通信链路32与其它节点进行无线和单向或双向通信的通信设备42，和通过通信设备42传送通信的控制器44。并且，可以作为控制器44的一部分或与控制器结合而包含存储器46。
如图7所示，控制器44包含路由发现单元50，路由发现单元50向其它节点发送服务质量(QoS)路由请求以根据至少一个QoS参数发现到目的节点的路由。并且，路由请求包含流标识和QoS链路度量。并且，路由请求处理单元52确定节点是否能够支持QoS路由请求的所请求QoS参数以及更新QoS链路度量，并且临时资源保留表54包含针对具有可支持QoS参数的QoS路由请求的临时节点资源保留。此外，路由度量形成单元56根据来自具有节点资源保留的节点的应答中的更新QoS链路度量产生QoS路由度量，并且路由选择单元58根据QoS路由度量选择到目的节点的路由，并且向选择的路由上的节点发送路由确认。
路由选择单元58可以在向后备路由上的节点发送或不发送确认CONFQ的情况下选择该后备路由，例如用于备份或复制传输。路由请求处理单元52检测节点是否能够继续支持QoS路由请求的所请求QoS参数，并且如果不能，则产生QoS差错通知RERRQ。在从另一个节点接收到QoS差错通知时，路由选择单元58最好保持选择的路由，同时路由发现单元50发送另一个服务质量(QoS)路由请求RREQQ以根据QoS参数发现到目的节点的新路由。路由选择单元58可以在从另一个节点接收到QoS差错通知RERRQ时切换到后备路由。
本发明的另一个实施例提供了针对移动专用网络22中多转发段路由的传输准入控制，同时保持所需的服务质量，下面将参照图8-11对其进行描述。
这种准入控制方法会自适应地允许节点为其自身的传输保留某些资源，同时公平地共享其它传输的转发。并且，专用网络由多个无线移动节点30和将多个节点连接在一起的多个无线通信链路32构成。
控制移动专用网络22中传输准入的方法开始(块200)，并且包含源节点发送服务质量(QoS)路由请求RREQQ以根据QoS参数发现传输路由(块202)。在块208处，网络22中的每个节点30计算节点QoS标记值以作出传输准入控制决定。节点QoS标记值是至少一个节点特定QoS度量的函数。QoS参数可以基于例如带宽，差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径使用期和/或优先级，而节点特定QoS度量可以包含例如一或多个可用功率，节点的可用带宽，最近差错率，最近延迟，一范围内的其它节点的可用带宽和节点队列长度。QoS标记值可以是每项的加权和数，或以每一项为一元素的向量。
每个节点30根据计算的QoS标记值和QoS路由请求RREQQ的QoS参数确定准入，并且可以应答源节点以告知是否响应QoS路由请求而准许传输(块214)。此外，每个节点30可以计算与节点相关的路由和连通性信息(块210)，并且向其它节点发送路由和连通性信息以及QoS标记值，以进行传输路由选择(块212)。
计算节点QoS标记值208可以包含向一个范围内的其它节点查询有关至少一个QoS度量的信息(块204)，以及处理从其它节点接收的QoS度量信息和至少一个节点特定QoS度量以计算节点QoS标记值。计算节点QoS标记值还可以包括验证该范围内的每个其它节点已经用QoS度量信息作出应答(块206)。
更具体地，大部分QoS度量项，例如可用功率，节点的可用带宽，最近差错率，最近延迟和节点队列长度，是节点本地已知的。然而，例如一个范围内的其它节点的可用带宽不是本地已知的。于是，参照图8，如果节点1向节点4发出关于11Mbps传输介质的5Mbps带宽的请求，则节点4必须进行检查以确定该范围内的任何其他节点(这里为节点1，和5)是否已经作出禁止性确认。所以，节点4广播检查消息，并且范围内已经确认带宽的任何节点会回送指示这种情况的检查应答。节点4确保其已经收到来自其近来曾经接收过的所有节点的检查应答。利用接收的信息，节点4现在可以决定其是否能够支持路由请求RREQQ的QoS参数。
应答QoS路由请求(块214)可以包括在节点不能支持路由请求的QoS参数时根据节点QoS标记值指示节点能够支持的传输路由。例如，如果节点4不能确认请求，它可以发出描述其最多能够支持的程度的应答。因此，源节点能够决定该级别是否足够的好，或是否将请求降级并且发出条件放宽的QoS请求RREQQ。
如上所述，常规方案提供有关路由和连通性的完整公开。换言之，每个节点30与其它节点共享所有其知道的信息，使得总体上选择″最优″(通常为转发段最少)的路由。在本发明中，将这个路由和连通性信息标记上一个值，该值允许其它节点根据所需的服务质量对其加以利用。另外，共享信息的节点能够决定将被允许使用该信息的QoS级别。这个决定能够基于公共规则集合，或基于每个节点，因为某些节点会是有利的。例如，发现其本身正转发许多包、其电池要耗尽和难以找到用于其自身传输的带宽的节点可以将其路由和连通性通知给具有几乎不接受最重要(高优先级)包的标记的某些其它节点。
本发明的这个实施例的系统方面涉及移动专用网络22，移动专用网络22包含多个移动节点30，和将多个移动节点连接在一起的多个无线通信链路32。如前参照图6和7所述，每个移动节点具有路由器40，路由器40包含通过无线通信链路与其它设备进行无线和单向或双向通信的通信设备42，以及通过通信设备传送通信的控制器44。控制器44包含路由发现单元50，路由发现单元50向其它节点发送服务质量(QoS)路由请求以根据至少一个QoS参数发现到目的节点的路由。这里，QoS标记计算单元60计算节点QoS标记值以作出传输准入控制决定。传输准入控制器62根据计算的QoS标记值和QoS路由请求的QoS参数确定是否响应QoS路由请求而准许传输。
控制器44也可以包含计算与节点相关的路由和连通性信息的连通性计算器64，路由和连通性信息可以被发送到其它节点以进行传输路由选择。QoS标记计算单元60可以包含向一个范围内的其它节点查询有关至少一个QoS度量的信息，以及处理从其它节点接收的QoS度量信息和至少一个节点特定QoS度量以计算节点QoS标记值。
并且，QoS标记计算单元60可以包括验证该范围内的每个其它节点已经用QoS度量信息作出应答。
此外，路由请求处理单元52应答QoS路由请求以指示节点是否能够支持路由请求的QoS参数，以及是否准许传输。并且，路由请求处理单元52可以在节点不能支持路由请求的QoS参数时根据节点QoS标记值指示节点能够支持的传输路由。
本发明的另一个实施例提供了针对移动专用网络22中多转发段路由的传输管制，下面将参照图12对其进行描述。如前所述，网络22包含多个无线移动节点30和将多个节点连接在一起的多个无线通信链路32。如在其它实施例中描述的，方法在块300处开始，并且包含节点发送服务质量(QoS)路由请求RREQQ以根据QoS参数发现传输路由(块302)。这里，QoS路由请求RREQQ至少包含传输流标识。在块304处，每个节点计算节点QoS标记值以作出传输准入控制决定，并且每个节点根据计算的QoS标记值和QoS路由请求的QoS参数确定是否响应QoS路由请求而准许传输(块306)。并且，在块308处，每个节点应答QoS路由请求以指示节点是否能够支持路由请求的Q0S参数，以及是否准许传输。然而在这个实施例中，每个节点根据传输流标识管制准许的传输，以保证准许的传输不超过QoS路由请求RREQQ的QoS参数(块310)。
并且，QoS参数可以基于例如可用带宽，差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径使用期和/或优先级，而节点特定QoS标记值可以是例如可用功率，节点的可用带宽，最近差错率，最近延迟，一范围内的其它节点的可用带宽和节点队列长度中的至少一个的函数。换言之，如果请求RREQQ包含例如对某个数量的带宽的要求，并且节点准许与请求相关的传输，则节点管制其本身以保证准许的传输不超过请求的带宽。
该方法最好包含每个节点防止传输的传播超过QoS路由请求的QoS参数(块312)。这个步骤可以包含缓冲超过QoS路由请求的QoS参数的传输，并且按照QoS路由请求的QoS参数传播缓冲的传输。可选地，每个节点可以在所需资源变得可用时传播缓冲的传输，或简单地丢弃超过QoS路由请求的QoS参数的传输。此外，如其它实施例中所描述的，应答QoS路由请求可以包括在节点不能支持路由请求的QoS参数时根据节点QoS标记值指示节点能够支持的传输路由。
再次参照图7，控制器44包含传输管制单元84，传输管制单元84根据传输流标识管制准许的传输，以保证准许的传输不超过QoS路由请求的QoS参数。并且，传输管制单元84最好包含用于存储过度传输的过度传输缓冲区86。
更具体地，在路由表和QoS包(控制和数据)中使用传输流ID。如上所述，这提供了用于执行准入控制的标识。已经获得针对到目的节点的某个容量的路径的保留的源节点能够使用流ID，并且对传输进行计量以执行传输管制。这保证其从不对该流ID准许超过同意的容量的容量。另外，到目的地的路径中的每个节点能够针对分配的容量执行管制。当然，能够将除了可用容量之外的准则用作用于决定是否支持指定流请求的准则。
例如，电池电量趋低的节点可能不希望支持指定传输流。于是在这种情况下，能够忽略RREQQ消息，从而不接受将该节点用作所请求的传输流的转发节点。
本发明的另一个实施例提供了针对移动专用网络中多转发段路由的传输跟踪，下面将参照图13和14对其进行描述。如图13所示，网络24包含多个无线移动节点30和将多个节点连接在一起的多个无线通信链路32。该方法在块400处开始(图14)，并且包含每个节点监视在网络24的节点30之间传送的传输(块402)。每个节点30根据有多少传输正在网络24的各个节点之间传送来产生传输信息(块404)，并且每个节点在作为传输数据库的缓冲区中本地存储传输信息(块406)。
在该方法中，传输信息最好基于带宽，并且可以包含差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径使用期和/或优先级。传输数据库可以包括1转发段传输矩阵。换言之，针对特定节点1的数据库会包含针对网络中节点2-8之间的每个链路32的传输信息。在图13中，节点1需要到节点6的传输路由A。这里，如果节点7和8正发送大量传输，但是节点1-6没有正发送大量传输，则最好将传输路由通过1-2-3-4-5-6，而不是通过1-7-8-6，即使会产生更多的转发段。
该方法对路由协议选择，协议参数优化和路由选择是有利的。在下面的例子中示出了传输矩阵。对于一个7节点网络，矩阵中的每个元素表示有多少传输(如果有)正在从该行上的源节点发送到该列上的目的节点。这里，按照某个间隔根据带宽对传输进行量化(最近使用的带宽可以有更大的加权)，并且可以包含包损耗率，延迟等等。如果传输矩阵被稀疏地填充(多数为零或接近零带宽的项)，则被动反应式路由协议会更加有利，因为不再使用的路由不被频繁更新。反之，密集传输矩阵会指示节点30之间的大量交互，并且主动反应式或混合协议会更加有利。因此，该方法可以包含每个节点根据存储的传输信息和选择例如被动反应式，主动反应式或混合协议的路由发现协议(块412)。
目的
源  1  2  3  4  5  6  7
 1  N/A  1Mbps  0  0  0  1Mbps  300kbps
 2  0  N/A  10kbps  0  0  0
 3  0  0  N/A  0  0  10kbps  0
4  10kbps  0  0  N/A  0  1Mbps  0
5  0  300kbps  10kbps  N/A  0  0
6  0  0  1Mbps  0  0  N/A  10kbps
7  300kbps  0  300kbps  0  0  0  N/A
传输数据库
节点知道它们正发送，接收和转发的传输。为知道它们不直接参与的传输，它们能够监视或被明确发送包含传输数据的消息。例如DSR、混杂地收集路由信息(通过收听其它节点的请求RREQ和应答RREP，或通过观察数据分组中的源路由)的路由协议能够适于构建许多传输矩阵。例如优化链路状态路由(OLSR)的链路状态路由协议已经共享路由信息，并且能够扩展为共享传输矩阵信息，因为每个节点知道其向谁发送什么，以及具有何质量。并且，协议能够根据传输矩阵带宽设置基于通过一个转发段序列的预计延迟的定时器，因为它会知道传输阻塞预计会造成多少延迟。这可以减少或排除不必要超时的出现。
此外，在块408处，每个节点30可以根据网络24各个节点中的每个与多少目的地进行通信来产生传输目的地信息，并且在目的地量数据库中存储(块410)传输目的地信息。于是，每个节点30也可以根据存储的传输目的地信息发现和选择传输路由。换言之，目的地量数据库会揭示每个特定节点正与之通信的目的地的数量。
再次参照图7，根据这个实施例的网络24中的路由器40的控制器44包含传输监视单元70，传输监视单元70监视网络中节点30之间进行的传输。传输信息产生器76根据网络中各个节点之间正传送多少传输来产生传输信息，并且传输信息缓冲区78在传输数据库中存储传输信息。
传输监视单元70可以广播传输活动查询，并且处理应答传输活动查询。可选地，传输监视单元70可以被动监视网络24的节点30之间的传输。路由发现单元50根据存储的传输信息发现到目的节点的路由，并且路由选择单元58根据存储的传输信息选择到目的节点的传输路由。
并且，路由发现单元50可以处理传输数据库中存储的传输信息以选择被动反应式，主动反应式和混合路由发现过程之一，并且发现具有选择的路由发现过程的传输路由。每个传输路由包括无线通信链路32的组合。
传输目的地信息产生器72根据网络24中各个节点30中的每个与多少目的地进行通信来产生传输目的地信息，并且目的地信息缓冲区74在目的地量数据库中存储传输目的地信息。路由发现单元50也可以根据存储的传输目的地信息发现到目的节点的路由，并且路由选择单元58可以根据存储的传输目的地信息选择到目的节点的传输路由。
本发明的另一个实施例在移动专用网络中提供高效利用多个信道的动态信道分配。下面参照图15-18描述动态信道分配方法。这里，网络26包含多个无线移动节点30和通过多个信道将多个节点连接在一起的多个无线通信链路32。类似802.11a的IEEE802.11派生协议会利用5GHz频带中的ISM频谱。在这个频带中，存在更多可用于支持许多信道的带宽。结果，自动向802.11节点分配信道的处理是重要的。这种信道决定会基于当前信道利用率和其它信道的采样。使用动态频道选择会提供更好的性能，因为频谱会得到平均利用。另外，信道利用能够得到节制，使得针对使用信道的当前站点保持QoS。
方法在块500处开始(图18)，并且包含每个节点30监视第一个信道的链路性能。链路性能基于服务质量(QoS)阈值，例如带宽，差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径使用期和优先级。在块504处，当第一信道上监视的链路性能低于QoS阈值，例如最小带宽或最大延迟时，每个节点搜索一或多个其它可用信道。搜索可以包含周期性地监视其它信道的链路性能。
搜索可以包括切换到第二信道(块512)，广播信道活动查询以确定第二信道的链路性能(块516)，和处理对信道活动查询的应答以确定第二信道的链路性能(块518)。此外，每个节点30可以在第二信道上的链路性能高于QoS阈值的情况下切换回到第一信道并且广播信道改变消息(块506)，或在前一信道上的链路性能低于QoS阈值的情况下切换到后续信道并且广播信道活动查询以确定那些信道的链路性能(块504)。
可选地，搜索可以包括切换另一个信道(块512)，并且被动监视第二信道的链路性能(块514)。并且，每个节点30可以在第二信道上的链路性能高于QoS阈值的情况下切换回到第一信道并且广播信道改变消息(块506)，或在前一信道上的链路性能低于QoS阈值的情况下切换到后续信道并且被动监视那些信道的链路性能(块504)。并且，每个节点30可以存储多个信道中的每个的链路性能信息(块508)并且/或者存储相邻节点的信道信息(块510)。换言之，每个节点30可以跟踪其它节点正使用什么信道。
例如，如图15-17所示，网络26包含节点30和链路32。节点1A-5A当前正使用第一信道，而节点1B-5B当前正使用第二信道。节点2B确定第二信道的链路性能正下降或已经低于QoS阈值，例如低于最小带宽。节点2B切换到第一信道并且向节点2B的1转发段内的节点广播信道活动查询CAQ(图16)。节点1A，2A和3A向节点2B发送具有关于第一信道的链路性能的信息的信道活动应答CAR(图17)。如果第一信道上的带宽对于节点2B可接受，它会返回到第二信道并且广播信道改变消息，以向任何节点1B，3B，4B和5B通知它正改变到第一信道。这些节点则会注意在哪里能够找到节点2B以供将来参考。如果带宽不可接受，则节点2B会转移到第三信道并且重复步骤。如果已经访问所有信道并且节点2B尚未找到高于QoS阈值的带宽，则会选择最优的一个，并且可以周期性地搜索更好的信道。
本发明的这个实施例的系统方面涉及移动专用网络26，移动专用网络26包含多个移动节点30，和通过多个信道将多个移动节点连接在一起的多个无线通信链路32。参照图6和7，每个移动节点包括路由器40，路由器40包含通过无线通信链路32与其它节点设备进行无线和单向或双向通信的通信设备42，以及通过通信设备传送通信的控制器40。控制器40包含监视第一信道上的链路性能的链路性能监视器80。当第一信道上监视的链路性能低于QoS阈值时，信道搜索单元82搜索一或多个其它可用信道。
信道搜索单元82切换到第二信道，广播信道活动查询以确定第二信道的链路性能，并且处理对信道活动查询的应答以确定第二信道的链路性能。并且，信道搜索单元82在第二信道上的链路性能高于QoS阈值的情况下切换回到第一信道并且广播信道改变消息，或在前一信道上的链路性能低于QoS阈值的情况下切换到后续信道并且广播信道活动查询以确定那些信道的链路性能。可选地，信道搜索单元82可以切换到另一个信道并且被动监视第二信道的链路性能。链路性能信息存储器66存储多个信道中的每个的链路性能信息，并且信道信息存储器68存储相邻节点的信道信息。

Claims (10)

1.一种用于确定移动专用网络中从源节点到目的节点的路由的方法，所述移动专用网络包括在源节点和目的节点之间的多个中间移动节点，该方法包括：
在源节点处，发送服务质量(QoS)路由请求以根据QoS参数发现到目的节点的路由，该路由请求包含流标识和QoS链路度量；
在每个中间节点处，确定中间节点是否能够支持QoS路由请求的所请求QoS参数，并且如果能够支持，则更新QoS链路度量，向其它中间节点和目的节点中的一个转发QoS路由请求，并且针对具有可支持QoS参数的QoS路由请求临时保留节点资源；
在目的节点处，在接收到QoS路由请求时，产生针对源节点的应答，该应答包含针对每个发现的路由的流标识和更新QoS链路度量；
在源节点处，根据来自目的节点的应答中的更新QoS链路度量产生所发现路由的QoS路由度量；
在源节点处，根据QoS路由度量选择到目的节点的路由；和
在源节点处，通过选择的路由向中间节点发送路由确认。
2.如权利要求1所述的方法，其中QoS参数基于可用带宽，差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径使用期和优先级中的至少一个。
3.如权利要求1所述的方法，还包括，在中间节点和目的节点处，检测节点是否能够继续支持QoS路由请求的所请求QoS参数，并且如果不能支持，则产生对源节点的QoS差错通知。
4.如权利要求3所述的方法，还包括，在源节点处，在接收到QoS差错通知时保持选择的路由，同时发送第二服务质量(QoS)路由请求以根据QoS参数发现到目的节点的新路由。
5.如权利要求3所述的方法，还包括：
在源节点处选择后备路由；
在源节点处，在接收到QoS差错通知时切换到后备路由。
6.一种移动专用网络，包括：
多个移动节点；和
将多个移动节点连接在一起的多个无线通信链路；
每个移动节点包括通过无线通信链路与多个节点中的其它节点进行无线通信的通信设备，和通过通信设备传送通信的控制器，并且包括：
向其它节点发送服务质量(QoS)路由请求以根据至少一个QoS参数发现到目的节点的路由的路由发现单元，该路由请求包含流标识和QoS链路度量，确定节点是否是否支持QoS路由请求的所请求QoS参数并且更新QoS链路度量的路由请求处理单元，包含针对具有可支持QoS参数的QoS路由请求的临时节点资源保留的临时资源保留表，根据来自具有节点资源保留的节点的应答中的更新QoS链路度量产生QoS路由度量的路由度量形成单元，和根据QoS路由度量选择到目的节点的路由并且通过选择的路由向节点发送路由确认的路由选择单元。
7.如权利要求6所述的网络，其中QoS参数基于可用带宽，差错率，端到端延迟，端到端延迟变化，转发段计数，预计路径使用期和优先级中的至少一个。
8.如权利要求6所述的网络，其中路由选择单元选择至少一个后备路由但没有通过后备路由向节点发送确认。
9.如权利要求6所述的网络，其中路由选择单元选择至少一个后备路由并且通过后备路由向节点发送确认。
10.如权利要求6所述的网络，其中路由请求处理单元检测节点是否能够继续支持QoS路由请求的所请求QoS参数，并且如果不能支持，则产生QoS差错通知。
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